扇状地の地盤の常時微動特性

扇状地の地盤の常時微動特性

服 部 秀 人

1. ま え が き

常時微動に よって地盤の構造や振動特性を推定 して,地盤の地震動予測に役立て ようとす る試みが最近多 く見受け られ る(1)^〜(⁸⁾等.沖積平野 の ように地盤構造がかな り広い範 囲にわた って‑様 な場合には,徴動特性 と解析モデルとの対応 は比較的良好である.扇状地 の よ うに 地盤構造が,せ まい範 囲でかな り変化す る場合には多少問題がある. しか し,ある地域のサ イス ミックゾーニングを行 う場合,常時徽動特性 の利用は重要 な一手法であ って, とりわけ 扇状地の ごとき地盤構造の変化のはげ しい地域においては,その変化に応 じた細かい資料を 常時徽動以外に求めることはなかなか困難 なため,徴動特性の重要性は大 きい.

以上の見地か ら,筆者 らは長野盆地の 代表的扇状地である浅川扇状地において 常時徽動観測を実施 してお り, データが 蓄積 されつつある(4)〜(6)

本報文は,浅川扇状地において線状に 微動観測を行い,その周波数特性 と振幅 特性について測線上の変化を調べた もの である.

2.常時微動勧測 叫

2‑1^測線

図1に測線を示す.扇状地の縦方向に 2本 (V1‑Vl,V2‑V2)横方向に3 本 (H1‑Hl,H2‑H2,H3‑H3)そ

れぞれ設定 し,扇状地の上部,中間部お よび先端部での徴動特性の変化を線状に ながめ ようとした ものであ る.

2‑2^{扇状地の地盤}

既存のポー 1)ソグ資料が多 くないので,

測線に添 って地盤が どのよ うに変化 して 図1 zTu 組

* 昭和58年2月 土木学会中部支部研究発表会において発表

** 土木工学科 講師

原稿受付 昭和58年9月28日

88

いるか明らかではないが, 測線付近のポー リング資 料を参考にして概略表層 厚の変化を知 ることがで きる.図2はVl測線に 添 った扇状地の断面図で ある.0印1‑10は観測 点,△印Bl〜B8は測線 付近の既存のポー リング 点である.破線はポー リ ング資料 より推定 され る 表層厚を示 している.

図3にVl測線付近 の ボー リング柱状 図 を 示 す.扇状地上部か ら中間 部にかけては砂疎 とシル トあるいは粘土の互層で あ り,中間部か ら先端部 にかけては極端な軟弱層 が存在 しその深さは20m に達 している (B6).さ らに先端部では強固な礁 屑が表われ,軟弱な表層 は2mほどとなっている (B8).Vl測線以外にポ ー リング資料が付近に存 在す るのはH2,H3の各 測線であ り,観測結果の 図7.図8中の(a)図にそ れ ら資料か ら推定 され る 表層厚を破線で示 してあ る.H3測線 では 左か ら 右‑ 次第に 軟弱層 が 増 し,40m以上 となる場所 が存在す る.

長野工業高等専門学校紀要 ･於14号

tLJ6]8PuT)OIU rlnUnUTJ843

530

Vl‑LINE

図2 Vl測線に添った扇状地断面

妻妾黍

図3 Vl測線付近のボーリソグ柱状図 2‑3常時微動戟測

各測線の地表面において 水平2成分 (NS.EW),上下 (UD) 1成分の3成分観測を 行 った･計測時間は最低2分間確保することとした.計器は固有周期2秒の電磁式振動計を用 い, しゃ断周波数22.4H21にセ ッ トして,徽動の速度波形をデ‑タ レコーダーに記録 した.

扇状地の地盤の常時微動特性 89 記録の総合周波数特性は0.5‑20Hzの範囲でほぼ平坦である.

3.観 測 結 果 3‑1解析

時間刻み0.02秒,解析時間長約80秒間として,相関器 と7‑ リェ変換器に よりパ ワスペ ク トルを求め, 7‑ リェ変換器の出力をパソコンに入力 し,卓越振動数,m s値 による平均振 幅, フー リエスペ ク トル等をⅩ‑Yプロッターに出力させた.

3‑2戟測結果

図4にVl測線の観測結果を示す.

(a)図は図 2と同 じ図であるがP)〜(d) 図の横軸は(a)図同様,観測点の位置 を示すので,各国に対応 させて見る ために再掲 した ものである.

Oi)図は各点の卓越周波数である.

測点2‑ 6はほぼ一様に3H21前後の 値を示 し,測点7, 8では多少表層 厚 と対応 した低下が見 られる.測点 9‑10は図3のB8の柱状図にも見 られるように,表層厚が小さくなる ため高周波があ らわれている.

￠)図は.スペ ク トルにおいて卓越 周波数 より高周波な 帯域に 表われ る二次的な卓越周波数を示 した もの

ILJ6toHT)亡T)OJ5

Vl‑LINE

であ り, 2図, 3回に見 られる地盤 0･0

【ProdonlncLntFMquoncy)

構造の変化 と対応 した傾向が うかが 日 0‑5 kl^n.I

える.

㈹図は各測点における速度波形の rms値による平均振幅を示 した もの

である.測点6, 7では観測の際, 1.0 国道18号の交通がはげ しくその影響

を避けることができなか ったので, この2点を除いてながめると,右上

(HlghFT･Oqt川nCy Poctk)

(MoanRmplltudo)

+ (NS) ‑I+‑ (EW) + (UD) 図4 観測結果(Vl測線)

りの変化が見 られ,扇状地の上部か ら先端部へかけて次第に微動の振幅が増大す る傾向が ラ かがえる.

図5にV2測線の結果を示す.

V2測線付近には適当なポー リング貿料がほとん ど無 く. 地盤構造は不明である.O))図の 卓越周波数はほとん ど2‑3Hzである.ただ測点5に6H2:ほ どの値が表われてお り,表層の 浅いことが推測され る.(o)図の変化はVl測線の場合 よりさらに明瞭に表われ, 測点1‑7 にかけて次第に低周波 となる.軌 点7‑9はOi)図 と同 じ値を示 してお り,欲動のスペ ク トル

90 長 野工業高等専門学校紀要 ･弟14号 が単一のピークを示 していることが

わかる.(d)図の変化もVl測線に見 られる傾向と同様右上 りの傾向が見 られる.常時微動を雑多な振動源に よる地盤の定常不規則応答であると みなすならば,倣動波形の2乗平均 値は地盤の周波数応答関数 と密接な 関係にあることは不規則振動論の教 えるところである.従 って2乗平均 値の平方板である^m s値が4図お よ び5回の(d)図に見 られるように.右 上 りの傾向を示す とい うことは,局 状地の上部か ら先端部にかけての地 盤構造の変化 と対応 した周波数特性 の変化が故動に表われているものと 解釈される.

図6および図7に それぞれHl, H2測線の結果を示す.

Hl測線は扇状地の上部に 設定 し た測線である.測線の端 と中間では 地形区分が異なるにもかかわ らず㈹

図の卓越周波数はほぼ一様で,3‑4 H2;の値を示 している.(o)図におい ては測点2を 除いて それぞれ10Hz

6JepuTt○占 ー∩UnU384rq

330 tHz】

V2‑LINE 3

0.8 1.0Ikm】

IObsoT･VCLtLon PolntJ

IPTOdMllnM t FTOquOnCy)

日0^‑4klne

) ( H l g h F r o q u o n

( M o a

+ (NS7 ‑I+‑(EV) + (UE]) 図5 観測結果 (V2&lJ線) 前後の値が表われている.(d)回の平

均振幅の値 も余 り大きな違いを示 さない.

H2測線は扇状地中間部に位置 してお り.(a)〜(d)図ともに横方向の変化が大 きい. この測 線の辺 りでは,砂磯層 と粘土あるいはシル ト層の互層の所 ((a)図のB5,B8等) と軟弱な表 層を有する所 (B2,B7等)が入 り組んでいる. このことと対応すると思われる傾向が図(d) に見 られる･測点2, 9では振幅が大 きく,測点6では小さくなっている.また￠)図と(d)図 の変化が互いに良 く対応 している.これは前述のVlお よびV2の各測線においても見 られた 特徴であって,地盤構造を反映 した徴動特性であろ うと思われる.

図8にH3測線の結果を示す.

H3測線は扇状地の先端部あるいは千曲川の後背湿地にある. 測点 1, 2辺 りは 裾花川あ るいは犀川の氾濫原であ り,薄い表層の下には堅固な砂疎層が存在 している.そして右へ行 くにつれ次第に軟弱な表層厚が増 してお り,Oj)図の卓越周波数はこれ と良 く対応 して変化し ている･このような地盤においては高周波側に二次の卓越周波数は余 り表われず,(o)図はO?) 図 とほぼ同様 となっている･平均振幅については,他の測線の場合はど明瞭ではないが,(a) 図 と(o)図あるいはP)図 との対応関係が見られる.

扇状地の地盤の常時徴動特性 91

lLIESt○ニPUT]0占

Hl‑LINE

二〆三^{一一 …}

0.0 1.0【km】

(cIbsorvhtLon Polnt'7

(ProdonLncLnt FTOquOnCyl (Hz)

15.0 10.0 5.0

0.0蛭竪 ^･e7

川l ghFroquon cyPo&k1 日 0‑S k

l

(Moan Rmplttudo7

+ (NS)‑+ ‑(EV)+ (UD) Eg6 観mlJ結果 (Hl測線)

mNーnU(UnUHnVlUrq83′ヽ●4rq30Ln

lLJ6]○puno占

H2‑LINE

rvELH On Polnt)

(ProdonlnAnt FT･OquOnCy)

日 0‑^S klne)^tHLghFroq^{uoncy Poak】}

(Mom Rnplltudo】

+ (NS)‑+‑ (EW)+ (UD7 図7 観測結果 (H2測線)

4.あ と が き

今回の観測で明らかになった常時微動特性を列挙すると次のようである.

(1)扇状地先端部では卓越周波数 と表層厚が良い対応を示す.

(2)扇状地上部か ら先端部にかけて,m s値による平均振幅が次第に増大する.

(3)卓越周波数 より高周波の帯域における二次の卓越周波数 と平均振幅がかな り良 く対応す る.

(4)従 って.卓越周波数.平均振幅同様.二次の卓越周波数 も徴動特性の重要な要素である と言える.

(5) 地盤構造の変化に対応 して微動の特性 もかな り変化すると見てよさそ うである.

以上のことか ら,扇状地のような地盤構造の変化がはげ しい地域についてサイス ミックゾ ーニングを行 う場合にも,常時微動が有効な手段 とな り得ると考えられる.

まだ測点の数が少なく,サイス ミックゾーニングには不十分であるので,今後更に観測点 を増 して ゾーニングの精度を高めたいと考えている.

92 長野工業高等専門学校紀要 ･第14号 謝 辞

筆者の一連の研究の共同研究者で あ り. 日ごろ御指導いただいている 東京都立大学工学部国井隆弘助教授 に御礼申し上げる.また,観測なら びにデータ処理について御教示いた だいた信州大学工学部島 坦教授に 御礼申し上げる.

解析の際, フー リエ変換器 とパ ソ コンとのインターフェース作成 に懇 切な御指導をいただいた,本学電気 工学科知野照信講師な らびに,Ⅹ‑

Yプロッタの制御について御指導い ただいた本学機械工学科堀内泰輔助 手に御礼申し上げる. また,観測 と 解析に御協力いただいた本校卒業生 塩原正夫氏 (現在 日本 道路公団).

波場孝友氏 (同 東京道路エンジニ ア株式会社)に感謝申し上げる.

参 考 文 献

(1)蘇 , 土木学会論文報告集,313号, 1981,p.55‑64

(2)荏本他,土木学会年次学術誼浜会概

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H3‑LINE

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‑‑･8‑ (NS7 ‑1+‑tEV) + (UD) 図8 観 mlj結果 (H3mlj線) 要集 Ⅰ,昭和57年,p.691‑692

(3) Kamiyamaetalり Proc.ofthe6thJEES,1982,p.481‑488 (4)服部他,土木学会中部支部研究発表会概要集,昭和55年'p.216‑217 (5)服部他,土木学会中部支部研究発表会概要集'昭和56年'p･192‑195 (6)服部他,土木学会中部支部研究発表会概要集,昭和58年'p.346‑347 (7)長野県建築士会'｢長野市地盤図｣'1977